摘要

本文提出，CMOS开关可以取代自动测试设备(ATE)厂商使用的PhotoMOS®开关。CMOS开关的电容乘电阻(CxR)性能可以与PhotoMOS相媲美，且其导通速度、可靠性和可扩展性的表现也很出色，契合了先进内存测试时代ATE厂商不断升级的需求。
 

简介

人工智能(AI)应用对高性能内存，尤其是高带宽内存(HBM)的需求不断增长，芯片设计因此变得更加复杂。自动测试设备(ATE)厂商是验证这些芯片的关键一环，目前正面临着越来越大的压力，需要不断提升自身能力以满足这一需求。传统上，在存储器晶圆探针电源应用中，PhotoMOS开关因其良好的低电容乘电阻(CxR)特性而得到采用。低CxR有助于减少信号失真，改善开关关断隔离度，同时实现更快的开关速度和更低的插入损耗。
 
除了上述优点外，PhotoMOS开关的关态电压也较高，但也存在一些局限性，主要体现在可靠性、可扩展性和导通速度方面。其中，导通速度较慢一直是客户不满的一大原因。
 
为了应对这些挑战，ADI公司开发出了新型开关来取代存储器晶圆探针电源应用中的PhotoMOS。ADI开关不仅导通速度非常快，而且同样具备低CxR特性，可以确保高效切换。此外还具有良好的扩展性，能够改善测试的并行处理能力，使ATE能够处理更大规模、速度更快的测试任务。如今AI应用对高效和高性能内存测试的需求日益增长，为此，ATE公司正积极寻求更优的解决方案。在这种背景下，ADI开关凭借一系列出色特性，成为了PhotoMOS的有力替代方案。

 

应用原理图

在ATE设置中，开关扮演着非常重要的角色。开关能够将多个被测器件(DUT)连接到同一个测量仪器（例如参数测量单元PMU），或者将它们从测量仪器上断开，以便执行测试流程。具体来说，开关使得PMU能够高效地向不同DUT施加特定电压，并检测这些DUT反馈的电流。开关能够简化测试流程，在需要同时或依次测试多个DUT的情况下，这种作用更加突出。通过使用开关，我们可以将PMU的电压分配到多个DUT，并检测其电流，这不仅提高了测试效率，还大幅减少了每次测试之间重新配置测试装置的麻烦。

表1.开关规格

评估标准	PhotoMOS 1-Form-A (1)	ADG1412 （四通道SPST）	附加值	记分卡
漏电流	1 nA	30 pA	非常适合漏电流测试；输出端电压误差贡献更小	CMOS开关更好
COFF	0.45 pF	1.6 pF	波形失真更小，隔离度更高	PhotoMOS 开关更好
RON	12 Ω	1.5 Ω	输出端信号压降较低，插入损耗更低	CMOS开关更好
(CxR)乘积	5.4 pF. Ω	2.4 pF.Ω*	波形失真更小、隔离度更高、信号损失较低	PhotoMOS开关略胜一筹因为其漏极电容较低
漏极电  [CD(OFF)]	1 pF	23 pF	值越高，CxR性能越差，导致输入信号失真，关断隔离度降低	PhotoMOS 开关更好
导通速度	200 μs	100 ns	切换能力较快	CMOS开关更好
电压、 电流能力	(32 V、120 mA)	(32 V、250 mA)	能够将更多输出驱动电流传输到负载	CMOS开关更好
成本/通道	高	低	有助于提高通道密度，成本最多降低50%	CMOS开关更好
封装面积	3.55 mm2	每个开关4.00mm2	布局后开关面积非常接近	非常接近

插入损耗：开关导通电阻

低R_ON的开关至关重要。I*R电压降会限制系统性能。各器件之间以及温度变化引起的R_ON波动越小，测量误差就越小。图4中的插入损耗曲线显示，在100 kHz频率下，PhotoMOS开关的插入损耗为-0.8 dB，而CMOS开关的插入损耗仅为-0.3 dB。这进一步证实了CMOS开关具有较低的R_ON (1.5 Ω)。

开关导通时间

当驱动使能/逻辑电压施加到任一开关上，使其闭合并将输入信号传递到输出端时，如果使用的是PhotoMOS开关，则会存在明显的延迟（如图5所示）。这种较慢的导通速度由于LED输入级的输入电容，以及内部电路将电流转换为驱动MOSFET栅极所需电压的过程中产生的延迟造成的。导通速度慢一直是客户不满的主要原因，而且会影响系统整体应用的速度和性能。相比之下，CMOS开关的导通速度(100 ns)是PhotoMOS开关(200,000 ns)的2000倍(×2000)，更能满足系统应用所需。
 

设计迁移：PhotoMOS替换为ADG1412开关

如果系统中使用的是PhotoMOS开关，并且遇到了测量精度不高、导通速度慢导致系统资源占用过多，以及难以提高通道密度等问题，那么升级到采用CMOS开关的方案将使开发变得非常简单。图6显示了PhotoMOS开关与CMOS开关的连接点对应关系。因此，系统设计可以利用CMOS开关，以更低的成本实现更高的通道密度。  

ADI开关可提高通道密度

表2列出了一些能够提高通道密度的ADI开关示例。这些开关具有与ADG1412类似的性能优势，导通电阻更低（低至0.5 Ω），而且成本比PhotoMOS开关还低。这些开关提供串行外设接口(SPI)和并行接口，方便与控制处理器连接。

表2.能够提高通道密度的ADI开关示例

产品	RON (Ω)	开关配置	1ku标价/通道 ($)
ADG2412	0.5	四通道SPST	非常有竞争力
ADG6412	0.5	四通道SPST	非常有竞争力
ADGS2414D	0.56	SPI： 八通道SPST	非常有竞争力

关于ADI公司
Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球领先的半导体公司，致力于在现实世界与数字世界之间架起桥梁，以实现智能边缘领域的突破性创新。ADI提供结合模拟、数字和软件技术的解决方案，推动数字化工厂、汽车和数字医疗等领域的持续发展，应对气候变化挑战，并建立人与世界万物的可靠互联。ADI公司2024财年收入超过90亿美元，全球员工约2.4万人。ADI助力创新者不断超越一切可能。更多信息，请访问www.analog.com/cn。
 

作者简介

Edwin Omoruyi是ADI爱尔兰公司仪器仪表事业部的高级产品应用工程师。2007年，他毕业于利默里克理工学院，获得电子系统工程学士荣誉学位。2010年，他毕业于利默里克大学，获得超大规模集成电路(VLSI)硕士荣誉学位。2010年至2018年，Edwin担任ADI公司汽车和座舱电子事业部的应用工程师，之后于2023年，他再次加入ADI公司。除了在ADI公司的工作经历之外，他还曾在汽车和制造行业担任系统架构师，负责AD/ADAS传感应用开发。

免责声明：本文若是转载新闻稿，转载此文目的是在于传递更多的信息，版权归原作者所有。文章所用文字、图片、视频等素材如涉及作品版权问题，请联系本网编辑予以删除。